(57)【要約】【課題】  基板近傍だけでプラズマを効率的に発生させるとともに、不純物混入の防止、装置の小型化、消費電力の低減を実現して、半導体デバイス製作に必要な単結晶ダイヤモンドの合成に適したダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】  放電室１０を球状に形成し、この内面１１を鏡面仕上げとする。放電室１０の半径は、導入されるマイクロ波の波長の３／４の長さとする。そして、胴部が絶縁部材（石英）で囲まれた同軸アンテナ２１の先端には基板ホルダ３０が載せられ、さらにその上に処理対象物Ａが載せられる。この基板ホルダ３０あるいは処理対象物Ａは、放電室１０の中心に位置する。同軸構造２０の底部は真空シール部４０で完全メタルシールされている。【選択図】    図１
2006083405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物の表面にダイヤモンドの薄膜を形成するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置であって、
球状に形成された放電室と、
この放電室の内部へマイクロ波を供給する同軸アンテナと、
この同軸アンテナの先端に設けられた載置部材とを備え、
この載置部材又はこの載置部材上に置かれた前記処理対象物が、前記放電室の中心に位置する
ことを特徴とするダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記放電室の内面が、鏡面加工してある
ことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記放電室の半径が、前記マイクロ波の波長の３／４の長さである
ことを特徴とする請求項１又は２記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記同軸アンテナの胴部周囲に、絶縁部材を設けた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記絶縁部材の絶縁材料が、石英又はセラミックからなる
ことを特徴とする請求項４記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記放電室の内部を超高真空に保つため、前記同軸アンテナの表面を介して前記放電室の内部空間と導波管の内部空間とが通じる箇所をメタライズされたアルミナで覆い真空ろう付けした真空シール部を設けた
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記載置部材の上面周縁が、面取り加工された
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象物に対してダイヤモンドの薄膜を施すダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置に関し、特に、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤによる高純度ダイヤモンドを合成するためのダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドの合成方法は、大別して、高温高圧法と化学気相堆積法との二つがある。
これらのうち、高温高圧法は、天然のダイヤモンド生成過程を再現して、合成可能な高温かつ高圧の環境下で炭素からダイヤモンドに変換させる方法である。この高温高圧法によれば、ダイヤモンド粉末を大量に生産できる。このため、例えば、工業用の研磨材ダイヤモンドなどは、そのほとんどが高温高圧法により生産されている。
【０００３】
一方、化学気相堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）は、成長させたい物質を含む化合物気体を熱やプラズマにより分解してダイヤモンドの結晶を得る方法である。
このＣＶＤ法は、従来から様々な方法が開発されてきたが、代表的なものとして、例えば熱フィラメントＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などがある。
熱フィラメントＣＶＤ法は、１５００℃〜２０００℃程度に加熱された、主にタングステンなどを材料とするフィラメントを、ＣＶＤにおける気相分子の励起源として使用し、さらに触媒として作用させて、基板上にダイヤモンドを成長させる方法である。
【０００４】
プラズマＣＶＤ法は、水素とメタンとの混合プラズマを高周波により生成し、このプラズマ中での電子、イオン、ラジカル種による気相分子の分解・合成作用を利用して、基板上にダイヤモンドを成長させる方法である。
特に、高周波の中でもマイクロ波を用いてプラズマを発生させた場合、そのプラズマ中のイオンやラジカル種の発生密度が高くなることが知られている。
これらＣＶＤ法では、合成されるダイヤモンドは薄膜状で、通常は結晶の集合体である多結晶薄膜となる。これは、任意の形状の基材にコーティングできることを意味し、機械工具などへのハードコーティングや、熱伝導の良さを利用したヒートシンクへの応用、赤外線や放射線用の窓材への応用などが期待されている。
【０００５】
ところで、ダイヤモンドは、それ自体が半導体として利用できるため、エレクトロニクス分野への幅広い応用も期待されている。
しかも、ダイヤモンドは、高硬度、熱伝導率の大きさ、光透過波長帯の広さ、誘電率の小ささ、化学的安定性などの特性を有している。このため、半導体デバイス、電子放出デバイス、バイオセンサ、発光素子など、高耐圧のパワーデバイスの材料として、また、高速デバイスの材料としての応用が期待されている。
【０００６】
現在、良質なダイヤモンド半導体を合成するために最も広く用いられている方法は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法である。
このマイクロ波プラズマＣＶＤ法に関する改良技術は、従来から種々提案されている。
例えば、図４に示すように、石英製放電管１１０を導波管１２０に貫通させた構造のものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照、第一の従来技術。）。これは、導波管１２０により送られてきたマイクロ波を励起源として、放電管１１０内の反応ガスを励起させプラズマを発生させて、放電管１１０内の基板（処理対象物）１３０の表面にダイヤモンドの結晶を形成するものである。
また、他の改良技術として、図５に示すように、金属製の真空容器（放電室２１０）に特定の共振モードを励起して基板２２０の周辺にプラズマを発生させるものがある（例えば、特許文献３参照、第二の従来技術。）。
【０００７】
これら第一及び第二の従来技術においては、原料のメタンガス等を水素でたとえば１％に希釈し、２〜５ｋＰａ程度の圧力にし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を数百Ｗ〜数ｋＷ導入し、プラズマを発生させる。
また、ダイヤモンドを成長させるためには、基板を約１０００℃に加熱する必要があり、マイクロ波の電力は、この加熱に多くの部分が消費されている。すなわち、大型化のためには、基板の面積に比例したマイクロ波電力の投入が必要になる。
【０００８】
ところが、それら第一及び第二の従来技術では、マイクロ波電力を大きくすると、マイクロ波導入窓（石英、セラミックス）近傍でプラズマ放電し、窓にダメージを与えていた。
また、窓材、あるいは真空容器材料等がスパッタリングされることなどによる不純物の混入など、多くの問題を抱えていた。
【０００９】
そこで、真空容器材料による不純物混入を防止する方法として、図６に示すように、放電室３１０を楕円形状としたものが提案されている（第三の従来技術）。
楕円には二つの焦点があり、一方の焦点からマイクロ波を放射すると、楕円面で反射して他方の焦点に収束する。これを利用し、片側の焦点にマイクロ波アンテナ３２０を置き、もう一方の焦点に基板３３０を置いておく。このようにすれば、基板近傍にだけマイクロ波が集中し、条件を整えれば、ここだけにボール状のプラズマを発生させることができる。すなわち、プラズマは、容器壁に接触することなく、ダイヤモンド薄膜が成膜される基板近傍にのみ発生する。このため、窓などにダメージを与えることがなくなり、真空容器材料による不純物の混入を防止できる。
【００１０】
放電室が楕円形状に形成されたこのようなプラズマＣＶＤは、ドイツのフラウンホーファー研究所で開発され、同じくドイツのＡＩＸＴＲＯＮ社から、「ＡＩＸ  Ｐ６」、「ＡＩＸ  Ｐ６０」の装置名で商品化されている。
この装置は、楕円形状の容器の中に、ガラス（石英）製の真空容器を置き、さらにこの中に基板を置くといった構成としてある。ガラス容器自体は、基板から充分に離れ、かつ、電界が集中しない位置に配置されている。このため、プラズマが容器壁に接触することを防止できる。
【特許文献１】特開平０５−０１７２９０号公報（第２頁、第３図、第４図）
【特許文献２】特開平０２−１８８４９５号公報
【特許文献３】特開平０５−１１７８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、楕円形状の放電室を有するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置（第三の従来技術）には、以下のような種々の問題があった。
例えば、その楕円形状の短径は、パラボラアンテナの直径と波長の関係から類推できるように、充分に機能させるためには波長の４〜６倍の大きさが必要となっていた（具体的には、２．４５ＧＨｚの波長で短径４８ｃｍ〜７２ｃｍ）。このため、装置が大型化し、消費電力も増大してしまい、生産コストから考えて好ましくなかった。
【００１２】
また、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の製造目的、使用目的からくる問題もあった。
第三の従来技術は、本来多結晶ダイヤモンド薄膜をシリコン基板に成膜することを使用目的として開発されたものである。実際に、この装置の真空容器中にシリコン基板を置き、９１５ＭＨｚのマイクロ波を供給すると、直径１５０ｍｍの多結晶ダイヤモンド薄膜を成膜できる。このとき、供給されたマイクロ波電力は、数十ｋＷである。
このように、ダイヤモンド薄膜の合成では、通常シリコン基板が用いられ、この場合は、多結晶のダイヤモンド薄膜となる。
【００１３】
これに対し、単結晶のダイヤモンドを基板として用いた場合は、単結晶のホモエピタキシャル成長が可能である。
半導体デバイス製作には、単結晶のダイヤモンドが必要であるために、ダイヤモンド基板を用いたホモエピタキシャル成長が不可欠となる。
単結晶ダイヤモンドを成膜する場合、現在、種結晶に使用可能な単結晶ダイヤモンド基板は１〜４ｍｍの大きさである。このため、基板ホルダは、直径１０ｍｍもあれば充分である。
【００１４】
また、半導体デバイスに用いるダイヤモンド結晶は、目的以外の不純物の混入を極力抑える必要があり、プロセス前の排気においても、１０−５Ｐａ以下といった超高真空にする必要があり、リーク、容器壁からの脱離ガスも極力抑える必要がある。このため、真空容器は、超高真空対応の金属シール構造とすることが必要である。
ところが、第三の従来技術では、マイクロ波電界集中部を避けるために大口径のガラス容器を使う必要があり、金属シールは困難であった。
【００１５】
そして、ホモエピタキシャル成長に用いるダイヤモンド基板は、通常１〜４ｍｍ角程度の大きさで供給され、この大きさの基板に集中的選択的にプラズマを作用させることが重要になる。
さらに、エピタキシャル成長においては、不純物の混入は極力低減されなければならず、すなわち、ベースになる真空度と真空の質の向上が重要になる。
ところが、上述したように、現在開発されている合成装置は、大面積の多結晶ダイヤモンド成長を製造目的・使用目的としたものがほとんどであり、また、真空度向上などの不純物混入に対しての対策などが十分配慮された装置は開発されていない。ダイヤモンドの半導体への応用研究を進める上では、高純度のホモエピタキシャル成長を考えた装置の開発が必要、不可欠であり、研究者からの強い要望があった。
【００１６】
ここで、基板ホルダそのものにマイクロ波を給電し、基板近傍にだけプラズマを発生させれば、上述の各問題は解決可能である。この例として、同軸構造による基板への給電がある。
しかしながら、この方法だけでは、希望の場所に効率よくプラズマを発生することは極めて難しい。例えば、マイクロ波が容器内の各部で反射することによる局所的なプラズマの発生などが生じる。これは、不純物混入、効率の面からも好ましくない。
【００１７】
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、基板近傍だけでプラズマを効率的に発生させるとともに、不純物混入の防止、装置の小型化、消費電力の低減を実現して、半導体デバイス製作に必要な単結晶のダイヤモンドの合成に適したダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するため、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、処理対象物の表面にダイヤモンドの薄膜を形成するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置であって、球状に形成された放電室と、この放電室の内部へマイクロ波を供給する同軸アンテナと、この同軸アンテナの先端に設けられた載置部材とを備え、この載置部材又はこの載置部材上に置かれた処理対象物が、放電室の中心に位置する構成としてある。
【００１９】
ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置をこのような構成とすると、放電室が球形に形成されており、その中心に載置部材（基板ホルダ）あるいは処理対象物（基板）が位置するため、載置部材から放射されたマイクロ波が放電室の内面で反射して再び載置部材（あるいは処理対象物）に戻ってくるようにすることができる。
このため、例えば放電室が円筒形状や楕円形状に形成されている場合、さらにはそれら放電室の内部に設けられた同軸構造により基板に給電した場合と比較して、より効率的に、基板近傍だけでプラズマを発生させることができる。
さらに、放電室が球形に形成されているため、この放電室の表面積を最小化できる。したがって、排気効率を向上でき、しかも、リークや脱離ガスを減少させることができる。
【００２０】
また、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、放電室の内面が、鏡面加工してある構成としてある。
ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置をこのような構成とすれば、放電室の内面（内壁）で赤外光を効率よく反射させることができる。しかも、基板から放射された熱も、基板に返すようにすることができ、熱効率を高めることができる。
なお、放電室の内面は、マイクロ波の反射効率及び、赤外線の反射率をさらに高めるために金などのコーティングを行うことも有効である。
【００２１】
また、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、放電室の半径が、マイクロ波の波長の３／４の長さとした構成としてある。
ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置をこのような構成とすると、放電室の中心でマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）の電界強度が最大となるため、放電室自体を共振構造とすることができる。
しかも、マイクロ波の波長が２．４５ＧＨｚの場合、放電室の実際の直径は、１８ｃｍとなる。これは、例えば、第三の従来技術である楕円形状の放電室が、短径で４８ｃｍ〜７２ｃｍであったのに比べて非常に小さい。このため、装置の小型化が可能となる。
【００２２】
また、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、同軸アンテナの胴部周囲に、絶縁部材を設けた構成としてある。
ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置をこのような構成とすれば、同軸アンテナの胴部が絶縁部材で覆われるため、その同軸アンテナの先端部分のみで選択的に放電させるようにすることができる。しかも、同軸アンテナの先端（すなわち、載置部材あるいは処理対象物）は放電室の中心に位置するため、放射されたマイクロ波や赤外線を放電室の内面で反射させて、その同軸アンテナの先端に収束させることができる。したがって、マイクロ波給電のための消費電力量を低減できる。
【００２３】
また、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、絶縁部材の絶縁材料が、石英又はセラミックからなる構成としてある。
ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置をこのような構成とすると、マイクロ波放電の遮断が可能となる。
なお、誘電率の関係から、セラミックよりも石英を用いる方が望ましい。
【００２４】
また、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、放電室の内部を超高真空に保つため、同軸アンテナの表面を介して放電室の内部空間と導波管の内部空間とが通じる箇所をメタライズされたアルミナで覆い真空ろう付けした真空シール部を設けた構成としてある。
ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置をこのような構成とすれば、放電室内を完全な超高真空状態に保つことができる。
【００２５】
また、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、載置部材の上面周縁が、面取り加工された構成としてある。
ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置をこのような構成とすれば、載置部材の上面周縁にプラズマが偏在することを防止できる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、放電室が球形に形成されており、その中心に載置部材あるいは処理対象物が置かれているため、載置部材から放射されたマイクロ波を放電室の内面で反射させ、再び載置部材へ戻すようにすることができる。
そして、放電室の内面は鏡面に磨き上げられた構造としてある。このため、赤外光が効率的に反射するとともに、処理対象物から放射された熱も、処理対象物に返ってくるようにすることができる。
さらに、放電室の半径は、マイクロ波の波長の３／４とし、これにより放電室自身を共振構造としてある。しかも、アルミナをメタライズし真空ろう付けを行うことで、真空シールを完全メタルシールとしてある。
【００２７】
これら構造により、放電室内では、基板近傍だけでプラズマをより効率的に発生させることができ、しかも、不純物混入を防止できる。さらに、装置の小型化や消費電力の低減を実現できる。
したがって、半導体デバイス製作に必要な単結晶のダイヤモンドの合成に適したダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係るダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
まず、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の実施形態について、図１を参照して説明する。
同図は、本実施形態のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の構造を示す縦方向断面図である。
【００３０】
同図に示すように、本実施形態のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置１は、主として、放電室１０と、同軸構造２０と、基板ホルダ３０と、真空シール部４０とを備えている。
放電室（チャンバ）１０は、内部で反応ガスをプラズマ化させて処理対象物（基板）Ａにダイヤモンド薄膜を施すための容器である。
この放電室１０は、全体に球状に形成されている。
この放電室１０の寸法は、導入されるマイクロ波の波長の３／４を半径とする。具体的には、例えば、そのマイクロ波の波長が２．４５ＧＨｚの場合、１波長を約１２ｃｍとすると、放電室１０の内径は、１８０ｍｍ（φ１８０）となる。
このような構造とすることにより、放電室１０の中心部でマイクロ波の振幅が最大になるようすることができる。すなわち、放電室１０それ自体が共振構造となっている。
【００３１】
この放電室１０の内面１１は、鏡面仕上げとなっている。これにより、図２に示すように、赤外線の反射率を高めて放電室１０の中心に収束させることができる（放電室１０の中心には、基板ホルダ３０あるいは処理対象物Ａが位置している）。また、処理対象物Ａから放射された熱についても、その内面１１で反射させて、その処理対象物Ａに返すようにすることができる。
なお、放電室１０の内面１１は、マイクロ波の反射効率や赤外線の反射率をさらに高めるために、金などのコーティングを行なうこともできる。
【００３２】
さらに、放電室１０の外周には、数箇所に、ポート１１を設けることができる。
複数あるポート１１のうち少なくとも一つは、反応ガス（例えば、水素（Ｈ２）とメタン（ＣＨ４）との混合ガス）の導入口として用いられる。
そして、他のポート１１は、ダイヤモンド薄膜の形成状態の観察や、処理対象物Ａの取り替えなどを行なうために用いられる。
なお、マイクロ波の基板から見える放電室１０の上半分には、できる限りポート類１１を少なくし、必要最小限度とすることが望ましい。これは、効率的にマイクロ波と赤外線を中心部に集中させて反射面積の減少を最大限減らすためである。
【００３３】
同軸構造２０は、図１に示すように、主として、同軸アンテナ２１と、絶縁部材２２とを有している。
同軸アンテナ２１は、導波管５０（あるいは、同軸ケーブル（図示せず）など）により送られてきたマイクロ波を放電室１０の内部へ供給するためのアンテナである。この同軸アンテナ２１の先端には、基板ホルダ３０を載せることができる。
また、同軸アンテナ２１の胴部周囲には、絶縁部材２２が設けられている。絶縁部材２２は、同軸アンテナ２１の胴部のみ覆い、同軸アンテナ２１の先端は覆わないようにしてある。これは、同軸アンテナ２１の先端部分のみで選択的に放電させるようにするためである。
【００３４】
絶縁部材２２は、同軸アンテナ２１から放射されるマイクロ波を遮断する。
具体的に、絶縁部材２２は、絶縁材料を充填した構成とすることができる。絶縁材料としては、例えば、石英やセラミックなどを用いることができる。
【００３５】
基板ホルダ（載置部材）３０は、熱的に絶縁できるようＭｏ（モリブデン）を材料としてペレット状に形成されている。この基板ホルダ３０は、同軸アンテナ２１の先端に載せることが可能な構造となっており、さらに、基板ホルダ３０上には処理対象物Ａを載せることができる。
Ｍｏは、硬質素材のため変形がなく、ハンドリングしやすいといった特徴を有することから、基板ホルダ３０の材料として適している。
なお、本実施形態において、基板ホルダ３０は、Ｍｏ製としてあるが、Ｍｏ製に限るものではなく、例えば、Ｔａ（タンタル）、石英あるいはセラミック製などを用いることもできる。
【００３６】
また、基板ホルダ３０の上面周縁は、面取り加工してある。
基板ホルダ３０にエッジがある場合、このエッジに電界が集中する。そうすると、基板ホルダ３０の周囲に発生したプラズマが偏在してしまい、良質なダイヤモンド薄膜を形成できなくなる。基板ホルダ３０の上面周縁の面取りは、これを防止するためのものである。
【００３７】
真空シール部４０は、放電室１０の内部を超高真空状態に保つため、放電室１０の内部と外部とを遮断するように施されるものである。
放電室１０の内部に設けられた同軸アンテナ２１は、他方が導波管５０の内部に達している。このため、放電室１０の内部空間と導波管５０の内部空間とは、同軸アンテナ２１の表面を介して通じる可能性がある。そうすると、導波管５０内部の気圧により放電室１０内部の超高真空状態が崩されてしまう（超高真空状態の保持が困難となる）。これを回避するために、それら放電室１０の内部空間と導波管５０の内部空間とが通じる部分に真空シール部４０を設ける。
【００３８】
この真空シール部４０は、完全メタルシールとするため、同軸アンテナ２１の表面を介して放電室１０の内部空間と導波管５０の内部空間とが通じる箇所を、メタライズされたアルミナで覆い、真空蝋（ろう）付けしたものである。このろう付け部分は、マイクロ波が反射しないよう、ろう材のはみ出しが最小になる形状に工夫されている。
なお、真空シール部４０は、これ以外にコバールガラスによるシールも可能である。
機械的強度の点から実際の実験はアルミナろう付けを選択したが、コスト的にはガラスシールの方が優れており、選択肢の一つと考えられる。
【００３９】
［実施例］
本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置（球状チャンバ型ＣＶＤ装置）と他のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置（円筒チャンバ型ＣＶＤ装置）とを実際に組み立て、それぞれにおいて動作試験を行った。
なお、円筒チャンバ型ＣＶＤ装置の構造図を、図３に示す。球状チャンバ型ＣＶＤ装置と円筒チャンバ型ＣＶＤ装置とは、放電室の形状が相違するものの、同軸構造（図１の同軸構造２０、図３の同軸構造４２０）を有した点で共通する。
【００４０】
まず、円筒チャンバ型ＣＶＤ装置の動作試験を行なった。
メタンガス（ＣＨ４）を水素で１％に希釈し、５ｋＰａ程度の圧力にし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入しプラズマを発生させた。
その結果、プラズマ放電は、基板部分のみならず、放電室（チャンバ）底部、同軸部などでも発生した。ガス流量、チャンバ圧力、マイクロ波電力及びマッチングの調整により、基板部分のみにプラズマを限定することが可能であったが、極めて調整範囲が狭かった。
調整後、プラズマ放電が、基板部分のみで放電した場合、φ１０ｍｍの基板ホルダが約１０００℃に加熱するには、マイクロ波電力は約６００Ｗが必要であった。
【００４１】
次いで、球状チャンバ型ＣＶＤ装置の動作試験を行なった。
円筒チャンバ型ＣＶＤ装置と同様、メタンガス（ＣＨ４）を水素で１％に希釈し、５ｋＰａ程度の圧力にし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入しプラズマを発生させた。
その結果、プラズマ放電は、ガス流量、チャンバ圧力、マイクロ波電力及びチューナを幅広く可変しても、基板部分のみで安定的に発生し、約２００Ｗのマイクロ波電力でφ１０ｍｍの基板ホルダが約１０００℃に加熱された。
【００４２】
このように、円筒チャンバ型ＣＶＤ装置では、ダイヤモンド作成の条件に６００Ｗのマイクロ波給電が必要としたのに対し、球状チャンバ型ＣＶＤ装置では２００Ｗまで低減させることができた。これは、円筒チャンバ型ＣＶＤ装置の約１／３の電力に相当し、大幅な省電力を達成した。
しかも、球状チャンバ型ＣＶＤ装置では、基板近傍にだけ容易にプラズマを発生させることが可能になった。
【００４３】
さらに、次のような動作試験を、球状チャンバ型ＣＶＤ装置を用いて行なった。
この装置の直径１０ｍｍＭｏ製基板ホルダに４ｍｍ角のダイヤモンド基板を載せ、ベーキングを行い、容器内を１０−５Ｐａ以下になるまで排気した。
高純度のＣＨ４を水素で１％以下に希釈し、６ｋＰａになるよう容器に導入し、５００Ｗのマイクロ波を印加し、成膜を行なった。その結果作成された単結晶ダイヤモンド薄膜は、二次イオン質量分析では不純物濃度は測定装置の測定限界以下（炭素に対し、０．００１％以下）となり、２３５ｎｍ付近に強いフォトルミネッセンスを観測した。
【００４４】
以上、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係るダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、同軸構造が放電室の下方に位置する形状となっているが、同軸構造は放電室の下方に位置することに限るものではなく、例えば、側方や上方に位置していてもよい。ただし、基板ホルダあるいは処理対象物は放電室の中心に位置していることが望まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の改良発明であるため、ダイヤモンド薄膜を必要とする半導体デバイスの研究分野などで利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の構造を示す縦方向断面図である。
【図２】本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置におけるマイクロ波及び赤外線の反射の様子を示す概略図である。
【図３】放電室が円筒形状であるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の構造を示す縦方向断面図である。
【図４】放電室が導波管を貫通した形状である従来のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【図５】放電室の上方からマイクロ波を供給する手法のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【図６】放電室が楕円形状であるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置
１０  放電室（チャンバ）
１１  内面
２０  同軸構造
２１  同軸アンテナ
２２  絶縁部材
３０  基板ホルダ（載置部材）
４０  真空シール部
６０  アルミナ
Ａ  処理対象物（基板）
【図１】
2006083405.tif 000003
【図２】
2006083405.tif 000004
【図３】
2006083405.tif 000005
【図４】
2006083405.tif 000006
【図５】
2006083405.tif 000007
【図６】
2006083405.tif 000008